Semnale și sisteme de m ăsur ă Laborator M1 rev 8 1 [600450]

Semnale și sisteme de m ăsur ă – Laborator M1 rev 8 1
Lucrare de laborator nr. 1
Măsurarea distorsiunilor de neliniaritate
rev 8

Scop: M ăsurarea distorsiunilor pentru diverse tipuri de semnale.
Măsurarea distorsiunilor unui etaj de amplificare elementar.

Breviar teoretic
Un circuit stabil, cu parametrii invarian /uni0163i în timp, este liniar dac ă semnalul
de la ie șire are componentele spectrale ale semnalului de la intrare (toate sau
doar o parte dintre ele) și este neliniar dac ă, la ie șire, semnalul are componente
spectrale care nu se reg ăsesc la intrare. Prin urmare, dac ă la intrarea unui circuit
se aplic ă semnalul x(t):

1 2 ( ) cos(2 ) cos(2 ) x t A f t B f t π π = + (1)
la ie șire, semnalul y(t), poate avea componente spectrale pe frecven /uni0163ele:
p f1 + q f2 > 0 unde *,p q ∈Z (2)
Circuitul este liniar dac ă semnalul de la ie șire are componente spectrale
doar pe frecven /uni0163ele f1 și/sau f2 ({p=1,q=1}, {p=0,q=1}, {p=1,q=0}), în celelalte
situa /uni0163ii circuitul este neliniar, iar componentele introd use de acesta se numesc
distorsiuni de neliniaritate .
Dup ă cum se observ ă, în spectrul semnalului de ie șire (pentru circuit
neliniar) se disting:
– armonici ale frecven /uni0163elor f1 și f2 (frecven /uni0163ele p ·f 1 și q ·f 2 , cu *,p q ∈Z).
– produse de intermodula /uni0163ie (frecven /uni0163ele p ·f 1+q ·f 2, cu *,p q ∈Z).
Exist ă mai multe metode pentru determinarea neliniarit ă/uni0163ii unui circuit sau
sistem, în func /uni0163ie de gama de frecven /uni0163ă și de tipul semnalelor de intrare.
Astfel la frecven /uni0163e joase, se utilizeaz ă voltmetrul selectiv pentru a m ăsura
amplitudinea fiec ărei armonici fa /uni0163ă de fundamental ă (dac ă la intrare se aplic ă un
singur semnal sinusoidal) sau amplitudinile produse lor de intermodula /uni0163ie fa /uni0163ă de
amplitudinile sinusoidelor de la intrare (în cazul în care semnalul de intrare este
o sum ă de sinusoide).
Se poate utiliza distorsiometrul, dac ă dorim s ă m ăsur ăm valoarea efectiv ă
a armonicilor comparativ cu valoarea efectiv ă a semnalului de la ie șire, în cazul
în care semnalul de intrare este un semnal sinusoid al de o singur ă frecven /uni0163ă .
Neliniaritatea unui circuit se datoreaz ă în general dependen /uni0163ei neliniare
curent – tensiune, specific ă dispozitivelor active.
Distorsiometrul Pentru un semnal periodic u(t), f
ără component ă continu ă, cu perioada
T0=2 π/ω0, gradul de distorsiune δ(u) se define ște: Semnale și sisteme de m ăsur ă – Laborator M1 rev 8 2
( ) ( ) ( ) 100% 100% ( ) ( ) ef
ef U armonici P armonici uU semnal P semnal
δ = ⋅ = ⋅ (3)
unde prin Uef (u), P(u) se noteaz ă valoarea efectiv ă, respectiv puterea
semnalului u(t). Dup ă cum se observ ă, gradul de distorsiune al unui semnal
periodic indic ă cît de apropiat este acel semnal de semnalul sinus oidal. Un
semnal sinusoidal pur are factor de distorsiuni 0% (nu are deloc armonici).
Semnalul periodic u(t) se poate descompune în Serie Fourier compact ă:
0 0
1 1 ( ) cos( ) cos(2 ) k k k k
k k u t A k t A kf t ω ϕ π ϕ ∞ ∞
= = = + = + ∑ ∑ (4)
unde A1 este amplitudinea fundamentalei, iar Ak ( k = 2,3,4…) sunt
amplitudinile armonicilor. Astfel, folosind rela /uni0163ia lui Parceval, se poate rescrie
gradul de distorsiune:
( )
( )22 2
12
22
11( ) semnal 2( ) 100% 100%
semnal ( ) kef k
ef k
kA U A
u
UA
δ∞
=
∞
=−
= ⋅ = ⋅ ∑∑
(5)
Avînd în vedere modul în care a fost definit factor ul de distorsiuni, o schem ă
principial ă pentru m ăsurarea δ va ar ăta ca în figura 1. Se folose ște un
amplificator cu un filtru selectiv în bucla de reac /uni0163ie negativ ă. Închiderea
comutatorului K scurtcircuiteaz ă filtrul, eliminîndu-l din circuit.
Amplif
Output Filtru
selectiv Vca
Input
C∞ Vca
Etalonat δ F0
Reglaj
automat
nivel K

Figura 1: Distorsiometrul – schema de principiu
Măsurarea presupune dou ă etape:
1. măsurarea valorii efective a semnalului (a fundamenta lei +
armonicilor)
2. măsurarea valorii efective a semnalului dup ă eliminarea
componentei fundamentale (r ămîn doar armonicile).
În etapa 1 comutatorul K este închis , eliminîndu-se astfel filtrul selectiv
responsabil de rejectarea componentei fundamentale. Se va m ăsura astfel
tensiunea efectiv ă a semnalului complet (fundamentala + armonici). Se va regla

Semnale și sisteme de m ăsur ă – Laborator M1 rev 8 3
nivelul semnalului de intrare pîn ă cînd indicatorul voltmetrului etalonat în valori
ale factorului de distorsiune ( δ) va fi în dreptul grada /uni0163iei 100% sau 0dB. Dac ă
aparatul este prev ăzut și cu posibilitatea reglaj automat al nivelului, atu nci acest
reglaj se va face automat.
În etapa a doua se introduce filtrul de rejec /uni0163ie ( comutatorul K este deschis )
se regleaz ă filtrul selectiv pe frecven /uni0163a fundamental ă a semnalului realizîndu-se
rejec /uni0163ia acesteia și se m ăsoar ă puterea semnalului f ără componenta
fundamental ă. Datorit ă reglajului din prima etap ă, indica /uni0163ia voltmetrului va
reprezenta suma armonicilor, raportat ă la 100% (semnalul + armonicile din
prima etap ă), adic ă chiar factorul de distorsiune.
Observa /uni0163ii:
1. Prin introducerea circuitului selectiv în reac /uni0163ia negativ ă a
amplificatorului acesta se comport ă ca un filtru de rejec /uni0163ie. La frecven /uni0163a de
oscila /uni0163ie a circuitului selectiv modulul func /uni0163iei de transfer a acestuia este mare,
deci și reac /uni0163ia negativ ă va fi puternic ă, limitînd foarte mult amplificarea. Pentru
restul frecven /uni0163elor reac /uni0163ia negativ ă este slab ă rezultînd o amplificare mare. De
asemenea, prin introducerea în reac /uni0163ia negativ ă se îmbun ătă/uni0163ește și factorul de
calitate al circuitului selectiv rezultînd un filtr u de rejec /uni0163ie cu selectivitate mare.
2. Condensatorul C ∞ are rolul de a elimina componenta continu ă din
semnalul de intrare. Prezen /uni0163a acesteia ar perturba m ăsurarea factorului de
distorsiune, deoarece nu este eliminat ă de filtrul de rejec /uni0163ie, ea contribuind
astfel, în mod eronat, la puterea semnalului de dis torsiune.
3. Factorul de distorsiune, a șa cum a fost definit, are semnifica /uni0163ie doar
pentru semnal sinusoidal . Pentru alte tipuri de semnale sinusoidale el repr ezint ă
raportul între tensiunea efectiv ă a semnalului și tensiunea efectiv ă a semnalului
fără componenta fundamental ă. În consecin /uni0163ă , pentru aceste semnale, factorul de
distorsiune reprezint ă abaterea acestor semnale fa /uni0163ă de semnalul sinusoidal de
aceea și perioad ă.
În metoda anterioar ă se presupune c ă RSZ (raportul semnal zgomot) este
suficient de mare, astfel încît exist ă armonici mult mai mari decît zgomotul în
banda de frecven /uni0163ă de interes. În caz contrar, distorsiometrul se com port ă ca un
indicator al RSZ pentru semnalul sinusoidal, întruc ît el nu poate face diferen /uni0163a
între puterea armonicilor și puterea componentelor zgomotului. De aceea este
util s ă se vizualizeze semnalul și cu analizorul spectral.
Zgomot sunt considerate toate componentele spectrale a c ăror amplitudine
nu este corelat ă cu cea a semnalului și care (de obicei) nu se g ăsesc pe
frecven /uni0163ele ob /uni0163inute cu rela /uni0163ia (2).
Semnale și sisteme de m ăsur ă – Laborator M1 rev 8 4
Moduri de func /uni0163ionare ale distorsiometrului GAD-201G

1. Măsurarea distorsiunilor
Caracteristici :
⇒ Aparatul este capabil s ă efectueze calibrarea automat ă – reglajul
automat al nivelului semnalului de intrare prin aducerea aculu i indicator al
voltmetrului ce indic ă factorului de distorsiune ( δ) în dreptul grada /uni0163iei 100%.
⇒ Aparatul realizeaz ă sincronizarea automat ă a frecven /uni0163ei filtrului de
rejec /uni0163ie cu frecven /uni0163a fundamental ă a semnalului de intrare. Aceast ă sincronizare
se realizeaz ă cînd cele dou ă frecven /uni0163e sunt suficient de apropiate. Dublul
distan /uni0163ei maxime între cele dou ă frecven /uni0163e, pentru care se mai poate realiza
sincronizarea o vom numi band ă de urm ărire a distorsiometrului.
Regimuri de lucru: • Func /uni0163ionarea în regim continuu (butonul SPOT/RANGE ne-ap ăsat)–
acest mod de func /uni0163ionare permite m ăsurarea distorsiunilor la orice frecven /uni0163ă din
domeniul de m ăsur ă (20Hz – 20 kHz). În acest mod, dup ă introducerea
semnalului, utilizatorul trebuie s ă modifice frecven /uni0163a filtrului de rejec /uni0163ie pînă în
apropierea frecven /uni0163ei semnalului, apoi aparatul ajusteaz ă fin în mod automat
frecven /uni0163a de rejec /uni0163ie pe frecven /uni0163a semnalului. Pentru modificarea frecven /uni0163ei
filtrului de rejec /uni0163ie se va roti butonul Tuning Freq , în sensul semnalizat de
săge /uni0163ile High și respectiv. Cînd se ajunge în banda de reglaj automat a l
frecven /uni0163ei, ambele indicatoare sunt stinse, aparatul acordîndu-se au tomat pe
frecven /uni0163a fundamental ă a semnalului. În acest moment, factorul de distorsiuni δ
se cite ște direct pe afi șaj.
• Func /uni0163ionarea în regim SPOT (butonul SPOT/RANGE ap ăsat) – în acest
mod aparatul permite m ăsurarea automat ă a distorsiunilor la trei frecven /uni0163e fixe
(400Hz, 1KHz, 10kHz), f ără s ă mai fie necesar ă ajustarea frecven /uni0163ei filtrului de
rejec /uni0163ie manual (reglajul de frecven /uni0163ă este inoperativ, indicatoarele sînt stinse).
Aparatul m ăsoar ă distorsiunile automat pentru toate frecven /uni0163ele situate în banda
de urm ărire din jurul celor trei frecven /uni0163e ale modului SPOT .
Pentru ambele moduri de func /uni0163ionare descrise selectarea sc ării de
măsur ă se poate realiza astfel:
• modul AUTO (butonul verde neap ăsat) – În acest mod, se modific ă
automat scara pentru afi șarea distorsiunilor, cînd este nevoie s ă se comute pe o
alt ă scar ă. Aceast ă comportare este valabil ă și pentru func /uni0163ionarea ca voltmetru.
• Modul HOLD (butonul verde ap ăsat) – scara de m ăsur ă nu se mai
modific ă automat, ci r ămîne la valoarea existent ă în momentul comut ării în
modul HOLD .

2. Măsurarea tensiunilor
• Aparatul este prev ăzut și cu posibilitatea de a m ăsura tensiunea efectiv ă
pentru semnale sinusoidale. Pentru aceasta, pe lîng ă afi șajul pentru distorsiuni,
exist ă și un afi șaj pentru valoarea tensiunii efective a semnalului de intra re.
Voltmetrul nu este de tipul true rms , el va m ăsura corect valoarea tensiunii
efective doar pentru semnal sinusoidal.

Semnale și sisteme de m ăsur ă – Laborator M1 rev 8 5

Desf ăș urarea lucr ării

A. Măsurarea distorsiunilor generatorului de semnal

1. Se m ăsoar ă gradul de distorsiune pentru semnalul sinusoidal generat de
generatorul de semnal disponibil la mas ă (reglajele distorsiometrului sunt
descrise în anexa A1 și ale generatorului în A3) . Gradul de distorsiune se va
măsura pentru frecven /uni0163ele f 1=500Hz, f 2=1KHz, f 3=5KHz, f 4=10KHz, f 5=20kHz.
Se procedeaz ă în felul urm ător:
• se genereaz ă semnal sinusoidal (butonul WAVE de la generator) pe
frecven /uni0163a corespunz ătoare, semnalul introducîndu-se la intrarea X a
distorsiometrului. Ie șirea Y a distorsiometrului se va lega la intrarea
osciloscopului, pentru a vizualiza semnalul ob /uni0163inut la ie șirea filtrului de rejec /uni0163ie
(dup ă eliminarea componentei fundamentale). Înainte de efect uarea acordului
(unul din LED-urile în form ă de s ăge /uni0163i 13 sau 14 aprins), fundamentala nu este
rejectat ă și pe ecran se va observa semnalul de forma sinusoidal ă (se apas ă
AUTOSET pe osciloscop). Dup ă ce se efectueaz ă acordul (ambele LED-uri
stinse), fundamentala este rejectat ă și pe ecran se va observa un semnal de o
form ă neregulat ă (armonici + zgomot).
• Măsur ătorile se vor efectua în modul de afi șare automat AUTO
(butonul verde neap ăsat).
• Se va selecta modul continuu (butonul SPOT/RANGE pe pozi /uni0163ia
RANGE , adic ă ne-ap ăsat)
• Cu butonul SPOT/RANGE pe pozi /uni0163ia RANGE, cele 3 butoane [3] de
lîng ă acest buton au semnifica /uni0163ia conform inscrip /uni0163iei de pe rîndul de sus:
x1,x10,x100 (unul singur din cele 3 butoane poate r ămîne ap ăsat) și sunt
responsabile cu selectarea domeniului de frecven /uni0163e. Frecven /uni0163a de lucru rezult ă
din combinarea valorii butonului ap ăsat din setul [3] cu pozi /uni0163ia gradat ă a
reglajului rotativ [15]. De exemplu, frecven /uni0163a de 200Hz se poate ob /uni0163ine din
urm ătoarele combina /uni0163ii: reglajul [15] în dreptul valorii 200 și butonul x1 ap ăsat
sau reglajul [15] în dreptul valorii 20 și butonul x10 ap ăsat.
• Se alege o combina /uni0163ie ca mai sus, în func /uni0163ie de frecven /uni0163a dorit ă; se
regleaz ă butonul [15] în direc /uni0163ia indicat ă de LED-ul care este aprins. Cînd
ambele LED-uri r ămîn stinse, aparatul a intrat în banda de captur ă și restul
opera /uni0163iei e automat ă.
• În acest moment se cite ște δ pe indicator, valoarea capului de scar ă
fiind dat ă de acel LED de sub indicator care r ămîne aprins (100%, 30% …
0.1%). În func /uni0163ie de acesta, se folose ște pentru citire una din cele 2 sc ări de pe
indicator (cea cu capul de scara 1, respectiv cea cu 3 ). De exemplu, dac ă e aprins
ledul de 0.3% și acul este pe pozi /uni0163ia 2.5 de pe scara cu cap ătul 3 înseamn ă c ă
δ=0.25%. Observa /uni0163ie : la acest punct nu se va folosi scara de dB.
Explica /uni0163i cum variaz ă δ cu frecven /uni0163a.
Semnale și sisteme de m ăsur ă – Laborator M1 rev 8 6
2. Se m ăsoar ă factorul de distorsiune pentru semnal sinusoidal,
dreptunghiular și respectiv triunghiular (se schimb ă din butonul WAVE ). Pentru
fiecare tip de semnal m ăsur ătorile se vor realiza la frecven /uni0163a f 1=2KHz.
Măsur ătorile se vor efectua în modul continuu (butonul SPOT/RANGE pe
pozi /uni0163ia RANGE ) și modul de afi șare automat AUTO (butonul verde neap ăsat).
Să se deseneze semnalul de la ie șirea Y a distorsiometrului în cazul
aplic ării la intrare a semnalului dreptunghiular (cînd filtrul de rejec /uni0163ie este
acordat pe frecven /uni0163a fundamental ă) și s ă se explice forma sa.

3. Se vizualizeaz ă semnalele de la punctul 2, în domeniul frecven /uni0163ă , cu
ajutorul osciloscopului. Se cupleaz ă osciloscopul în paralel pe generator (dac ă se las ă la borna
Y, nu se va observa fundamentala, iar nivelele nu vor coresp unde , datorit ă
sistemului de control automat al amplific ării !).
Se trece osciloscopul în modul de afi șare FFT folosind butonul MATH
MENU, apoi se apas ă repetat softkey -ul Operation pînă cînd este selectat FFT .
Se regleaz ă coeficientul de deflexie pe orizontal ă la valoarea 2,5 kHz/div. S ă se
deseneze spectrele celor trei semnale. Pentru semnalul si nusoidal s ă se m ăsoare
cu ajutorul cursorilor de amplitudine ( Cursor->Type=Magnitude, Source-
>Math ) nivelul fundamentalei și nivelul zgomotului, iar cu ajutorul cursorului
de frecven /uni0163ă ( Cursor->Type=Frequency ) frecven /uni0163a fundamentalei.
Observa /uni0163ie 1. Pentru m ăsurarea fundamentalei și a zgomotului (pentru
semnalul sinusoidal ) se recomand ă utilizarea achizi /uni0163iei sample sau peak detect
(Aquire->Sample sau Aquire->Peak detect ) și vizualizarea cu persisten /uni0163ă
infinit ă (Display->Persist=Infinite ).
Observa /uni0163ie 2. Atunci cînd se activeaz ă cursorii folosind butonul
Cursor , se aprind cele 2 LED-uri de sub reglajele de pozi /uni0163ie Y ale canalelor 1 și
2. Aceasta înseamn ă c ă aceste reglaje au func /uni0163ia alternativ ă, și anume
deplasarea cursorilor.
Pentru semnalele dreptunghiular și triunghiular s ă se m ăsoare folosind
cursorii de amplitudine, respectiv frecven /uni0163ă
• nivelul fundamentalei
• nivelul primelor cele mai mari 3 armonici
• frecven /uni0163ele pe care se afl ă acestea
• a cîta armonic ă este fiecare din cele 3 ( k din ecua /uni0163iile (4) și (5),
observînd multiplul fa /uni0163ă de frecven /uni0163a fundamental ă); observa /uni0163i c ă,
de exemplu, a doua cea mai mare armonic ă de pe ecran nu este
neap ărat pt k=2, c ăci unele armonici pot fi mult mai mici decît
celelalte.
Pe baza acestor m ăsur ători explica /uni0163i rezultatele ob /uni0163inute la punctul 2.
Compara /uni0163i frecven /uni0163ele armonicelor m ăsurate cu cele ob /uni0163inute prin calculul Seriei
Fourier Armonice (compacte) pentru cele 2 semnale. Explica /uni0163i.
Observa /uni0163ie 3. Pentru m ăsurarea fundamentalei și a armonicelor
(pentru semnalele triunghiular și dreptunghiular ) se recomand ă utilizarea

Semnale și sisteme de m ăsur ă – Laborator M1 rev 8 7
achizi /uni0163iei cu mediere (Aquire->Average cu Averages= 32 sau 64) și
vizualizarea f ără persisten /uni0163ă (Display->Persist=off ).

4. Se va m ăsura gradul de distorsiune pentru un semnal sinusoidal de
frecven /uni0163ă 1kHz, folosind modul de lucru SPOT , la urm ătoarele nivele ale
semnalului, reglate la generator din reglajul de amplitudine și citite pe voltmetrul
[11]: 10dB, 0dB, -20dB, -40dB. În modul SPOT cele 3 butoane [3] au
semnifica /uni0163ia conform inscrip /uni0163iei de pe rîndul de jos și anume cele 3 frecven /uni0163e
prestabilite pentru acest aparat. Dac ă semnalul de intrare are frecven /uni0163a conform
butonului selectat, acordul se va face automat. Nu mai are efect reglajul rotativ
[15].
Aten /uni0163ie! la citirea pe voltmetru se va /uni0163ine cont de scara indicat ă de LED-
urile care se aprind în grupul [8] (cele 8 LED-uri de sub indicatorul [11]). Se
vor aprinde 2 LED-uri, unul din partea stîng ă și unul din cele 2 din partea
dreapt ă. Indica /uni0163ia fiind în dB, cele 2 valori corespunz ătoare trebuie adunate la
indica /uni0163ia de pe indicatorul [11]. De exemplu, dac ă indicatorul arat ă -5dB și
sunt aprinse LED-urile de 10dB și -60dB, valoarea este de -5+10-60= -55dB.
Observa /uni0163ie : pentru ob /uni0163inerea la generator a nivelului de -40dB se va
atenua suplimentar semnalul de la generator (tasta SHIFT , apoi tasta -20dB ).
Cum variaz ă factorul δ indicat de aparat la cele 4 nivele și de ce ?
5. Cu semnalul sinusoidal de la generator aplicat direct la intrarea
osciloscopului (în paralel pe bornele de intrare ale distorsiometrului) și se va
vizualiza spectrul acestuia (folosind Math Menu -> Operation FFT ) pentru
nivelele folosite la pct. 4. Se vor m ăsura folosind cursorii nivelul fundamentalei
și nivelul zgomotului (plasînd cursorul orizontal aproximativ p e valoarea de vîrf
a acestuia). Pe baza acestor m ăsur ători explica /uni0163i rezultatele de la punctul 4.

6. Se determin ă parametrii filtrului de rejec /uni0163ie a fundamentalei (banda de
urm ărire și caracteristica de atenuare). Se procedeaz ă în felul urm ător: se
genereaz ă de la generator un semnal sinusoidal de frecven /uni0163ă f=2kHz, cu nivelul
0dB, m ăsurat cu voltmetrul [11]. Se acordeaz ă filtrul de rejec /uni0163ie al
distorsiometrului pe frecven /uni0163a de 2 kHz în modul RANGE . Din acest moment
nu se mai umbl ă la reglajele distorsiometrului, în particular la frecven /uni0163a de
acord a acestuia! frecven /uni0163a în continuare se regleaz ă de la generator!
Se variaz ă fin, în sens cresc ător, frecven/uni0163a semnalului de la generator,
astfel: se selecteaz ă la generator folosind cele 2 butoane-s ăge /uni0163i de sub reglajul
rotativ al frecven /uni0163ei de la generator, digitul corespunz ător unit ă/uni0163ilor de Hz, pîn ă
cînd acesta clipe ște și se modific ă valoarea acestui digit folosind reglajul rotativ.
Se observ ă c ă, la început, modificînd fin frecven /uni0163a la generator, nu se
întîmpl ă nimic la distorsiometru, c ăci acesta este în banda de urm ărire. Se va
nota valoarea frecven /uni0163ei superioare fs pînă la care indica /uni0163ia distorsiometrului
(indicatorul factorului de distorsiune) r ămîne la valoarea minim ă. Se noteaz ă de
asemenea aceast ă valoare minim ă A min (citind de data aceasta δ pe scara în dB;
se observ ă c ă valoarea maxim ă 0dB corespunde unui δ=100% și c ă, în acest caz, Semnale și sisteme de m ăsur ă – Laborator M1 rev 8 8
atenuarea filtrului corespunde cu valoarea m ăsurat ă a δ, dar citit în dB). Dup ă ce
se dep ăș ește aceast ă valoare pentru frecven /uni0163ă, indica /uni0163ia factorului de distorsiune
va începe s ă creasc ă. Se vor nota valorile frecven /uni0163ei de la generator pentru care
factorul de distorsiune, exprimat în dB , atinge valorile -40dB, -30dB, -20dB, –
10dB, -3dB. Se repet ă măsur ătorile pentru cazul în care frecven /uni0163a este variat ă în
sens descresc ător: se revine la 2KHz, se caut ă în jos valoarea fj pînă la care
indica /uni0163ia r ămîne constant ă etc. S ă se determine banda de urm ărire (vezi în
introducere Modul de func /uni0163ionare /barb2right 1. Măsurarea distorsiunilor)
Reprezenta /uni0163i grafic caracteristica de frecven /uni0163ă a filtrului folosind
rezultatele de mai sus. Caracteristica trebuie s ă fie simetric ă fa /uni0163ă de 2KHz, avînd
atenuarea maxim ă, adic ă valoarea minim ă în dB, în dreptul acestei frecven /uni0163e.
Eticheta /uni0163i axa vertical ă cu valori logaritmice (în dB).

B. M ăsurarea distorsiunilor unui etaj de amplificare de tip sarcin ă
distribuit ă
Se realizeaz ă amplificatorul din figura 2a. Se va folosi placa de test
(solderless breadboard ); modul sugerat de plantare al componentelor, care se
aseam ănă cel mai mult cu topologia schemei, este dat în figura 2b. Se va /uni0163ine
seama de modul în care sunt interconectate g ăurile: exist ă multe grupuri de cîte
5 g ăuri interconectate pe vertical ă (de-o parte și de alta a “ șan /uni0163ului” orizontal
care împarte placa în dou ă) și 4 rînduri lungi de g ăuri interconectate pe
orizontal ă (cîte 2 în partea de sus și de jos a pl ăcii; fiecare rînd lung este
întrerupt la mijloc). Cîte un exemplu de interconectare pentru un grup vertical de
5 g ăuri și un rînd orizontal sunt marcate cu linie punctat ă pe figura 2b.
Aten /uni0163ie!
• dou ă sau mai multe grupuri individuale de cîte 5 g ăuri nu sunt
interconectate între ele
• cele 2 rînduri lungi de sus nu sînt interconectate între ele ; la fel și
cele 2 rînduri de jos.
Este indicat ca intrarea vIN s ă fie conectat ă la firul care duce la borna cu
șurub V1 a pl ăcii de test și ie șirea vOUT la borna V2. Cupla /uni0163i clemele-crocodil
ro șii ale cablurilor de la generator și osciloscop la aceste 2 borne. Nu uita /uni0163i s ă
cupla /uni0163i crocodilii negri de la ambele aparate la borna neagr ă GND, și firul de la
borna GND s ă fie conectat la grupul de g ăuri ales pt. GND !!
Se va verifica cu ajutorul voltmetrului de c.c. c ă sursa de alimentare
furnizeaz ă circa 6V (alege /uni0163i pozi /uni0163ia corect ă a selectorului cu 3 pozi /uni0163ii); se va
conecta sursa de alimentare pe rîndurile orizontale de su s și jos (VCC,GND). Se
folose ște multimetrul numeric pe pozi /uni0163ia voltmetru (butonul DCV ).
Aten /uni0163ie! verifica /uni0163i cu voltmetrul de c.c. polaritatea firelor de alimentare,
înainte de a le cupla la plac ă, pentru a nu conecta alimentarea pe dos. Arderea
tranzistorului din cauza conect ării incorecte va duce la penaliz ări !
Se folose ște un tranzistor NPN de uz general (2N3904) în capsula de
plastic TO-92, cu terminalele dispuse ca în figura 3.
a) Să se calculeze PSF-ul tranzistorului (V B,VE,Vc,IE). Apoi s ă se
măsoare acestea folosind voltmetrul de c.c. Se va presupu ne V BE =0.7V și β>100.

Semnale și sisteme de m ăsur ă – Laborator M1 rev 8 9
b) Să se determine amplificarea circuitului: se regleaz ă de la generator
frecven /uni0163a de 20KHz și nivelul semnalului de intrare astfel încît semnalul de la
ie șire, vizualizat pe osciloscop în colectorul tranzistoru lui, s ă nu fie vizibil
distorsionat (s ă aib ă form ă sinusoidal ă, ca în figura 4). Se calculeaz ă
amplificarea ca raportul între amplitudinea semnalului de ie șire și cel de intrare
(cele 2 amplitudini se citesc în diviziuni pe osciloscop). Observa /uni0163ie: tensiunea de ie șire are component ă continu ă nenul ă, deoarece
amplificatorul este alimentat între 0 și +6V, și deci semnalul de ie șire nu poate
lua valori mai mici de 0V. Componenta continu ă este valoarea V
C ob /uni0163inut ă din
PSF. Pentru a ob /uni0163ine la ie șire un semnal f ără component ă continu ă, ar trebui 2
surse de alimentare (+V și –V).
Explica /uni0163i ce valoare ar trebui s ă aib ă in mod ideal V C din PSF pentru a
ob /uni0163ine excursia maxim ă a semnalului de la ie șire ?
c) Se m ăsoar ă gradul de distorsiune al semnalului de la intrarea și
respectiv ie șirea amplificatorului în urm ătoarele situa /uni0163ii: semnalul de ie șire
nedistorsionat (apreciere vizual ă) și distorsionat prin limitare superioar ă sau
inferioar ă, la alegere (datorit ă bloc ării respectiv satur ării), ca în figura 4. Se
ob /uni0163in cele 2 situa /uni0163ii prin reglarea amplitudinii semnalului de la generator și
urm ărind efectul pe osciloscopul cuplat la ie șire. Observa /uni0163ie: gradul de
distorsionare se poate aprecia vizual pe osciloscop atît în modul timp, cît și în
modul FFT; tranzistorul intr ă în satura /uni0163ie/blocare atunci cînd pe semnalul în
modul FFT se vede cre șterea semnificativ ă a armonicilor.
d) Se adaug ă un condensator de circa 100nF în paralel pe R E. Astfel
configura /uni0163ia devine emitor comun. Se m ăsoar ă noua amplificare, similar cu
punctul b).

Figura 2 a) Schema electric ă Figura 2 b) Conectarea pe placa de test

Figura 3 A șezarea terminalelor la 2N3904

E C
GND Semnalul
de intrare RB1
RB2
RE B RC VCC
Semnalul
de iesire C8
Grup de 5 gauri conectate pe verticala Grup de gauri conectate pe orizontala

RB2
6k2 RB1
12k RC
270
RE
205 vin (t) vout (t) VCC =6V
T C8 100nF Semnale și sisteme de m ăsur ă – Laborator M1 rev 8 10

a) semnal intrare b) semnal amplificat c) semnal distorsionat datorit ă bloc ării trz. c) semnal distorsionat
datorit ă satur ării trz. t t t t
Figura 4 Forme de und ă pentru amplificator
Întreb ări și exerci /uni0163ii:
1. Se d ă semnalul s(t)=4*cos( ω0t)+0.3*sin(3 ω0t)+0.4*cos(5 ω0t) [V]. S ă se
determine gradul de distorsiune teoretic al acestui semnal.
2. Descompune /uni0163i semnalele din figura 5 în serie Fourier compact ă.

Figura 5
3. Frecven /uni0163a de e șantionare a unui osciloscop este feș=10MHz. Care este
frecven /uni0163a maxim ă a unui semnal pentru care FFT-ul este afi șat corect?
4. Știind c ă scara de frecven /uni0163e (la afi șarea FFT-ului pe osciloscop cu Nx=10
div pe OX) este liniar ă, determina /uni0163i Cx max , dac ă frecven /uni0163a de e șantionare a
osciloscopului este fesantionare =100kHz.
5. Dac ă Cy=5dB/div, determina /uni0163i U1/ U 2 maxim care poate fi m ăsurat dac ă
Ny=8 div pe OY (care afi șeaz ă FFT-ul semnalului).
6. Semnalul [V] este trecut printr-un circuit neliniar
cu func /uni0163ia de transfer . S ă se determine factorul de distorsiune al
semnalului de la ie șirea circuitului. (Obs: nu se ia în considerare și componenta
continu ă la calculul δ).
7. Care este rolul filtrului de rejec /uni0163ie din compunerea distorsiometrului?
8. Un semnal are U ef =10V și factor de distorsiune δ=1%. S ă se calculeze
amplitudinea componentei fundamentale.
9. Să se calculeze factorul de distorsiune pentru semnal ele din fig. 5.
10. De ce cre ște indica /uni0163ia gradului de distorsiune la mic șorarea nivelului
semnalului, cînd se m ăsoar ă distorsiunile pentru semnalul de la generator?
11. De ce cresc distorsiunile semnalului de la ie șirea amplificatorului cînd se
măre ște nivelul semnalului de intrare în amplificator?